在一項新研究中，科學(xué)家開展了迄今最全面的光學(xué)原子鐘（以下簡稱“光鐘”）協(xié)調(diào)比對實驗。他們在6個國家同步運(yùn)行多臺光鐘及其連接鏈路，跨越數(shù)千公里，邁出了更精確定義“秒”這一基本時間單位，建立全球光學(xué)時間尺度的重要一步。在最新一期《光學(xué)》期刊上，來自多個研究機(jī)構(gòu)的團(tuán)隊發(fā)表了這項研究成果。

光鐘利用激光精準(zhǔn)激發(fā)原子，使其在特定能級間躍遷。這些躍遷會產(chǎn)生極其穩(wěn)定的頻率，就像鐘表里的“滴答聲”，可以用來計時。由于光鐘種類眾多所用原子不同，要充分發(fā)揮其高精度潛力，必須進(jìn)行跨地域比對，確認(rèn)它們的一致性。

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英國國家物理實驗室的鐿離子光鐘中具有超穩(wěn)定頻率的激光。

幾十年來，全球統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)一直基于多臺銫微波原子鐘信號的平均值。然而，光鐘的精度已遠(yuǎn)超銫鐘，高出約100倍。隨著技術(shù)進(jìn)步，越來越多科學(xué)家呼吁用光鐘取代銫鐘，重新定義國際單位制中的“秒”。

此次實驗協(xié)調(diào)比對了6國共10臺不同類型的光鐘，完成了38組頻率比對，其中4組為首次直接比對，其他多組的精度也顯著提升。

與以往的點(diǎn)對點(diǎn)鐘表比對不同，這次實驗首次實現(xiàn)多臺光鐘同時比對，并結(jié)合了多種鏈路技術(shù)，從而獲得了更豐富的信息。通過一整套協(xié)調(diào)測量，研究團(tuán)隊可以同時檢驗一致性并提高可信度。這對于決定哪些光鐘適合用于新“秒”的定義具有重要意義。

為實現(xiàn)這些比對，研究團(tuán)隊需要將各地光鐘系統(tǒng)的頻率輸出連接起來。他們采用了兩種方式：一是使用GPS衛(wèi)星信號，適用于所有地點(diǎn)但精度有限；二是通過光纖傳輸激光信號，這種方式精度比前者高出100倍，但僅限法國、德國和意大利之間。

英國國家物理實驗室時間與頻率部門負(fù)責(zé)人海倫·馬戈利斯表示，原子鐘提供的精準(zhǔn)時頻信號是GPS、電網(wǎng)調(diào)度和金融交易等現(xiàn)代技術(shù)的核心。這項研究有望提升下一代光鐘性能，推動新應(yīng)用發(fā)展，并支撐更多依賴高精度計時的科學(xué)探索。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.558821